曹機(jī)良，孟春麗，程獻(xiàn)偉，崔美鈴

(河南工程學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院，河南 鄭州 450007)

滌/棉織物靛藍(lán)染料同色染色工藝

曹機(jī)良，孟春麗，程獻(xiàn)偉，崔美鈴

(河南工程學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院，河南 鄭州 450007)

為解決滌/棉織物靛藍(lán)染料染色同色性較差的問(wèn)題，探討保險(xiǎn)粉、氫氧化鈉和苯甲醇用量，染色溫度和時(shí)間等工藝條件對(duì)模擬滌棉織物K/S值的影響，測(cè)試了染色織物的色牢度。結(jié)果顯示:靛藍(lán)上染滌綸和棉纖維的染色條件相差較大，一浴一步法很難使2種纖維同色;通過(guò)對(duì)滌/棉織物進(jìn)行兩浴法染色，第1次染色時(shí)靛藍(lán)2%(o.w.f)，在100℃加入苯甲醇20 mL/L或120℃不加苯甲醇的條件下保溫60 min，第2次染色靛藍(lán)6% ～8%(o.w.f)，30℃保溫60 min，此法對(duì)滌綸和棉纖維有較好的同色性、滿(mǎn)意的染色深度及一定的染色牢度。

滌/棉織物;靛藍(lán)染料;同色染色;K/S值

純棉牛仔服以其獨(dú)特的風(fēng)格深受人們的喜歡，借助滌綸織物特有的保形性和抗皺性，可使滌棉牛仔服挺闊不皺，經(jīng)久耐用［1－2］，但靛藍(lán)染料對(duì)滌綸和棉的染色性能存在一定的差異，使得2種織物很難染得同色。

靛藍(lán)染料在溶液中有4種存在狀態(tài)，即氧化態(tài)、靛藍(lán)隱色酸、單酚鈉離子隱色體和雙酚鈉離子隱色體。單酚鈉離子隱色體對(duì)棉纖維的親和力較高，是上染棉纖維的主要形態(tài)［3］;而根據(jù)相似相溶原理，非離子態(tài)隱色酸可用于疏水性滌綸的染色，因?yàn)殡[色酸上的羥基可與滌綸大分子鏈上的酯基形成氫鍵而結(jié)合［4－6］。由于滌綸和棉纖維的結(jié)構(gòu)和染色方法存在差異，棉纖維靛藍(lán)染料染色一般在低溫下進(jìn)行［7－8］，而滌綸結(jié)構(gòu)緊密，需在高溫條件下進(jìn)行染色［9－10］。故可通過(guò)控制染液的酸堿度和工藝條件來(lái)控制染液中各染料狀態(tài)之間的比例，以使2種組分染得同色。本文采用靛藍(lán)染料對(duì)滌棉模擬交織物進(jìn)行染色，使用載體苯甲醇降低染色溫度，對(duì)滌綸和棉織物同色性最佳工藝條件進(jìn)行探討，以期為滌棉牛仔面料染整工藝的開(kāi)發(fā)提供借鑒。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

市售168 g/m2純棉機(jī)織物、157 g/m2純滌綸機(jī)織物(用于模擬滌/棉交織物，染色時(shí)2種織物質(zhì)量比為1∶1)和 110g/m2滌/棉(50/50)混紡機(jī)織物(用于牢度測(cè)試使用)。靛藍(lán)染料(85%)、保險(xiǎn)粉、氫氧化鈉、苯甲醇、氯化鈉、碳酸鈉(均為化學(xué)純)、皂洗劑LTS，拓納貿(mào)易上海有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 還原工藝

靛藍(lán)染料2%(o.w.f)，保險(xiǎn)粉 25 g/L，氫氧化鈉4 g/L，浴比1∶50，40℃開(kāi)始還原，以1℃/min的速度升溫至60℃，保溫還原30 min。

1.2.2 染色工藝

還原液中加入氯化鈉x g/L，苯甲醇y mL/L，浴比1∶50，投入織物，60℃入染，以1℃/min的速度升溫至120℃，保溫60 min，再以3℃/min降溫至80℃。取出染色試樣，水洗，空氣氧化30 min。

1.2.3 皂洗工藝

保險(xiǎn)粉1 g/L，Na2CO32 g/L，皂洗劑LTS 2 g/L，浴比 1∶50，80 ℃處理 20 min。

1.3 測(cè)試方法

1.3.1 表觀色深K/S值的測(cè)試

試樣的K/S值(表觀色深)在Color-Eye7000A測(cè)色儀上測(cè)定，測(cè)試光源為D65，視場(chǎng)角為10°，測(cè)量4次取平均值。

1.3.2 同色性指數(shù)K的測(cè)試

靛藍(lán)染料在棉和滌綸織物上的同色性指數(shù)K按下式計(jì)算。K值越接近于1染色織物的同色性越好。

1.3.3 染色牢度的測(cè)試

按照GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度實(shí)驗(yàn) 耐皂洗》實(shí)驗(yàn)1和GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度實(shí)驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取窚y(cè)試試樣的耐洗和耐摩擦牢度。

2 結(jié)果與討論

2.1 保險(xiǎn)粉質(zhì)量濃度的影響

測(cè)試保險(xiǎn)粉用量不同時(shí)滌綸和棉織物靛藍(lán)染料染色的K/S值，如圖1所示。試驗(yàn)條件為:氫氧化鈉4 g/L，120℃保溫60 min。由圖可以看出，對(duì)于棉織物，保險(xiǎn)粉質(zhì)量濃度為0～10g/L時(shí)，染色織物K/S值很低，當(dāng)保險(xiǎn)粉質(zhì)量濃度為10～15 g/L時(shí)，K/S值隨保險(xiǎn)粉濃度的增加迅速增大，當(dāng)保險(xiǎn)粉質(zhì)量濃度超過(guò)15 g/L時(shí)，K/S值增加緩慢;對(duì)于滌綸織物，當(dāng)保險(xiǎn)粉質(zhì)量濃度為0～15 g/L時(shí)，染色織物K/S值很低，當(dāng)保險(xiǎn)粉質(zhì)量濃度超過(guò)15 g/L時(shí)，隨著保險(xiǎn)粉質(zhì)量濃度的增加，K/S值迅速增大。這是由于保險(xiǎn)粉用量與被還原的染料數(shù)量以及還原產(chǎn)物的狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)保險(xiǎn)粉質(zhì)量濃度低于10g/L時(shí)，還原態(tài)靛藍(lán)主要以雙酚鈉離子形式存在，保險(xiǎn)粉質(zhì)量濃度為10～15 g/L時(shí)，還原態(tài)靛藍(lán)主要以單酚鈉離子形式存在，保險(xiǎn)粉質(zhì)量濃度超過(guò)15 g/L時(shí)，單酚鈉離子隱色體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殡[色酸。而單酚鈉離子隱色體對(duì)棉織物的親和力和直接性最大，是上染棉纖維的主要形式;隱色酸對(duì)滌綸的親和力最大，單酚鈉離子隱色體次之，隱色酸是上染滌綸的主要形式［4］。當(dāng)保險(xiǎn)粉質(zhì)量濃度為18 g/L時(shí)，2種織物有較好的同色性，但此時(shí)織物的染色深度較淺，故仍需對(duì)其他影響因素進(jìn)行探討?？紤]到靛藍(lán)染料的充分還原和滌、棉組分的同色性，以下試驗(yàn)選擇保險(xiǎn)粉質(zhì)量濃度為25 g/L。

圖1 保險(xiǎn)粉質(zhì)量濃度對(duì)K/S值的影響Fig.1 Influence of dosage of sodium dithionite on K/S values of fabrics

2.2 氫氧化鈉質(zhì)量濃度的影響

靛藍(lán)染料隨著溶液酸堿度的變化其存在形式也發(fā)生變化［5－6］。為了研究靛藍(lán)染料存在形式的轉(zhuǎn)變及其對(duì)棉和滌綸的親和力大小，本文測(cè)試了不同氫氧化鈉質(zhì)量濃度條件下，滌綸和棉織物靛藍(lán)染料染色的K/S值，結(jié)果如圖2所示。試驗(yàn)條件為:保險(xiǎn)粉25 g/L，120℃保溫60mm?？梢钥闯觯瑢?duì)于棉織物，當(dāng)氫氧化鈉質(zhì)量濃度為0～4 g/L時(shí)，K/S值不斷增大，氫氧化鈉質(zhì)量濃度超過(guò)4 g/L時(shí)K/S值逐漸下降;對(duì)于滌綸織物，當(dāng)氫氧化鈉質(zhì)量濃度為0～2 g/L時(shí)，K/S值不斷增大，氫氧化鈉質(zhì)量濃度超過(guò)2 g/L時(shí)K/S值急劇下降，但氫氧化鈉質(zhì)量濃度超過(guò)7 g/L以后，K/S值很低且?guī)缀醪蛔?。這是因?yàn)殡S著氫氧化鈉質(zhì)量濃度的增加，靛藍(lán)染料更宜被還原，氫氧化鈉質(zhì)量濃度為2 g/L時(shí)，氫氧化鈉用量不足，靛藍(lán)染料主要以隱色酸存在，增加氫氧化鈉用量，非離子態(tài)隱色酸逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閱畏逾c離子和雙酚鈉離子隱色體，氫氧化鈉質(zhì)量濃度達(dá)到4 g/L時(shí)，靛藍(lán)染料主要以單酚鈉離子隱色體形式存在，氫氧化鈉質(zhì)量濃度達(dá)到7 g/L時(shí)，靛藍(lán)染料主要以雙酚鈉離子隱色體形式存在。已知單酚鈉離子隱色體是上染棉纖維的主要形式，故氫氧化鈉質(zhì)量濃度為4 g/L時(shí)棉織物的K/S值達(dá)到最大;隱色酸和單酚鈉離子隱色體可與滌綸之間形成氫鍵結(jié)合，是上染滌綸的主要形式，而雙酚鈉離子隱色體對(duì)滌綸沒(méi)有親和力，不能上染滌綸，故氫氧化鈉質(zhì)量濃度為2 g/L時(shí)，滌綸織物K/S值達(dá)到最大，氫氧化鈉質(zhì)量濃度超過(guò)7 g/L后，滌綸織物K/S值很小。考慮到靛藍(lán)染料的充分還原和滌、棉組分的同色性，以下試驗(yàn)選擇氫氧化鈉質(zhì)量濃度為4 g/L。

圖2 氫氧化鈉質(zhì)量濃度對(duì)K/S值的影響Fig.2 Influence of dosage of sodium hydroxide on K/S values of fabrics

2.3 染色溫度的影響

為了研究染色溫度對(duì)靛藍(lán)染料染色滌綸和棉織物的影響，本文測(cè)試了不同染色溫度條件下，滌綸和棉織物靛藍(lán)染料染色的K/S值，結(jié)果如圖3所示?？梢钥闯?，隨著染色溫度的升高，棉織物K/S值逐漸降低，滌綸織物K/S值逐漸增大。因?yàn)楦邷貤l件下靛藍(lán)染料隱色體對(duì)棉織物的親和力下降;而滌綸屬于熱塑性纖維，分子鏈段排列緊密，分子間空隙小，當(dāng)染色溫度達(dá)到玻璃化溫度以上，滌綸大分子發(fā)生劇烈運(yùn)動(dòng)，瞬時(shí)空隙增大、增多，染料分子才能夠進(jìn)入纖維內(nèi)部，達(dá)到上染的目的。當(dāng)染色溫度達(dá)到110℃時(shí)，滌綸織物K/S值達(dá)到最大，繼續(xù)升高染色溫度，滌綸織物K/S值略有下降，可能是因?yàn)樵诟邷睾烷L(zhǎng)時(shí)間的作用下，靛藍(lán)染料發(fā)生了一些旁支反應(yīng)如過(guò)度還原、水解或者其結(jié)構(gòu)發(fā)生了某些變化［4，11］。由上述分析可知，滌綸織物靛藍(lán)染料染色需要在高溫條件下進(jìn)行，而棉織物需要在低溫條件下染色，滌綸織物和棉織物在100℃保溫60 min時(shí)有較好的同色性，但染色深度達(dá)不到要求。

圖3 染色溫度對(duì)K/S值的影響Fig.3 Influence of dyeing temperature on K/S value of fabrics

2.4 升溫上染過(guò)程中K/S值的變化

升溫上染過(guò)程中滌和棉織物靛藍(lán)染料染色K/S值的變化趨勢(shì)如圖4所示。

圖4 升溫上染過(guò)程中滌/棉織物K/S值Fig.4 K/S values of polyester/cotton fabrics during dyeing process

由圖4可以看出，染色溫度為120℃時(shí)，隨著染色溫度的升高和染色時(shí)間的延長(zhǎng)，滌綸織物的K/S值先增大后減小，染色溫度為40～80℃時(shí)，K/S值很小且增速緩慢，染色溫度為90～120℃時(shí)，K/S值隨染色溫度的升高而迅速增大，120℃保溫10 min后K/S值不再增加甚至呈下降趨勢(shì)。這是因?yàn)樵诟邷貤l件下靛藍(lán)染料更易上染滌綸，但在高溫長(zhǎng)時(shí)間的作用下，靛藍(lán)染料結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致滌綸K/S值降低;隨著染色溫度的升高和染色時(shí)間的延長(zhǎng)，棉織物的K/S值先增大后減小，因?yàn)榈蜏貢r(shí)靛藍(lán)染料對(duì)棉織物親和力較高，溫度升高時(shí)靛藍(lán)染料對(duì)棉織物親和力下降，故棉織物K/S值呈下降趨勢(shì)。由圖可知，120℃染色時(shí)，滌綸和棉有較好的同色性，但此時(shí)織物染色深度較淺，可為滌/棉織物中淺色染色提供參考。

2.5 苯甲醇用量的影響

為了在不影響滌綸組分染色深度的前提下降低染色溫度，從而提高棉組分的染色深度，本文研究了苯甲醇用量對(duì)滌綸和棉織物靛藍(lán)染料染色K/S值的影響，結(jié)果如圖5所示?？梢钥闯觯S著苯甲醇用量的增加，棉織物K/S值逐漸減小;而滌綸織物K/S值逐漸變大，且溫度為100℃時(shí)滌綸織物K/S值較90℃時(shí)滌綸織物K/S值高。當(dāng)溫度為100℃，不使用苯甲醇時(shí)滌綸織物和棉織物有較好的同色性，苯甲醇用量達(dá)到20 mL/L時(shí)滌綸織物即可得到滿(mǎn)意的染色深度;溫度為90℃時(shí)，苯甲醇用量為5～10 mL/L時(shí)滌綸織物和棉織物有較好的同色性，苯甲醇用量達(dá)到30 mL/L時(shí)滌綸織物才可得到滿(mǎn)意的染色深度。由此可知，加入苯甲醇只能降低靛藍(lán)滌綸組分染色的溫度，并不能提高滌綸和棉的同色性。

圖5 苯甲醇用量對(duì)K/S值的影響Fig.5 Influence of dosage of benzyl alcohol on K/S value

2.6 二浴染色法對(duì)同色性的影響

為提高棉組分染色深度，將高溫染色后的織物投入含有不同染料用量的染液中進(jìn)行低溫染色，測(cè)試染色后織物K/S值，結(jié)果如圖6所示?？梢钥闯?，高溫染色，低溫30℃保溫60 min時(shí)，隨著靛藍(lán)染料用量的增加，染色棉織物K/S值不斷增大，達(dá)到6%(o.w.f)以后，織物 K/S值不再增大，而滌綸織物的K/S值基本不變，因?yàn)?0℃的低溫條件下靛藍(lán)不能上染滌綸，滌/棉混紡織物K/S值也不斷增大。由圖可以看出100℃加入苯甲醇20 mL/L和高溫120℃染色后織物在30℃保溫60 min，第2次染色染料用量為6% ～8%(o.w.f)時(shí)棉織物K/S值均與滌綸相似，同色性指數(shù)K值較接近1，此時(shí)棉組分和滌綸組分的同色性有所提高，且滌棉模擬交織物和混紡織物有較高的染色深度。

圖6 染色工藝對(duì)K/S值的影響Fig.6 Influence of dyeing process on K/S value.(a)First dyeing at 100℃then at 30℃for 60 min;(b)First dyeing at 120℃then at 30℃for 60 min

2.7 染色牢度

表1示出模擬滌綸、棉和滌/棉混紡織物用靛藍(lán)染色后的牢度測(cè)試結(jié)果。由表可知，用靛藍(lán)染料對(duì)模擬滌綸、棉織物染色，滌綸織物和棉織物的各項(xiàng)牢度均達(dá)到服用性能的要求，滌/棉混紡織物的牢度也具有較好的牢度，且2種染色工藝染色織物的牢度相差不大。

表1 染色滌綸和棉織物的牢度性能Fig.1 Dyeing fastness of dyed fabrics

3 結(jié)論

1)考慮到靛藍(lán)的充分還原及滌綸和棉織物的同色性，靛藍(lán)染料還原時(shí)適宜的保險(xiǎn)粉質(zhì)量濃度為25 g/L，氫氧化鈉質(zhì)量濃度為4 g/L。

2)使用靛藍(lán)染料浸染滌棉織物時(shí)，滌綸織物應(yīng)使用高溫高壓染色，而棉織物適合低溫染色，加入苯甲醇可降低滌綸染色溫度。第一浴染色染料用量為2%(o.w.f)，100 ℃ 加入苯甲醇 20 mL/L 保溫60 min或120℃不加苯甲醇條件下保溫60 min，第二浴染色染料用量為6% ～8%(o.w.f)，30℃保溫60 min，滌綸組分和棉組分有較好的同色性且有較高的染色深度。

3)滌綸織物的染色牢度高于棉織物，但滌/棉混紡織物的耐洗和耐摩擦牢度均在3級(jí)以上。

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Union dyeing of polyester/cotton fabrics with indigo dyes

CAO Jiliang，MENG Chunli，CHENG Xianwei，CUI Meiling
(Department of Materials and Chemical Engineering，Henan Institute of Engineering，Zhengzhou，Henan 450007，China)

For solving the problem that indigo dyeing polyester/cotton blended or mixed fabrics are difficult to reach good union dyeing effect，the influences of sodium dithionite dosage，sodium hydroxide and benzyl alcohol，dyeing temperature and time on K/S value of polyester/cotton fabrics were studied，and the color fastness of the dyed fabrics was tested.The results showed that the polyester/cotton fabrics are difficult to get union dyeing effect by one step and one bath method with indigo dyes as the dyeing process for single polyester and cotton fabrics are different.Polyester and cotton fabrics reached good union dyeing effect，satisfied dyeing depth and dyeing fastness when the fabrics firstly were dyed with indigo 2%(o.w.f.)，at 100 ℃ with benzyl alcohol 20 mL/L or at 120 ℃ without benzyl alcohol for 60 min，and then dyed with indigo 6% ～8%(o.w.f.)，at 30 ℃ for 60 min.

polyester/cotton fabric;indigo dye;union dyeing;K/Svalue

TS 156;TS 192

A

10.13475/j.fzxb.20140704205

2014－07－18

2015－01－29

河南省鄭州市2014年度科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(20140749)

曹機(jī)良(1982—)，男，講師，博士生。研究方向?yàn)榧徔椘啡菊に嚺c理論、紡織品功能整理。E-mail:caojiliang301@163.com。